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1. (Unifesp 2015) Em um copo, de capacidade térmica 60cal / C e a 20 C, foram colocados 300mL de suco de

laranja, também a 20 C, e, em seguida, dois cubos de gelo com 20g cada um, a 0 C.

Considere os dados da tabela:

densidade da água líquida 31g / cm

densidade do suco 31g / cm

calor específico da água líquida 1cal / (g C)

calor específico do suco 1cal / (g C)

calor latente de fusão do gelo 80cal/ g

Sabendo que a pressão atmosférica local é igual a 1atm, desprezando perdas de calor para o ambiente e

considerando que o suco não transbordou quando os cubos de gelo foram colocados, calcule:

a) o volume submerso de cada cubo de gelo, em 3cm , quando flutua em equilíbrio assim que é colocado no copo.

b) a temperatura da bebida, em C, no instante em que o sistema entra em equilíbrio térmico.

2. (Pucsp 2015) Dona Salina, moradora de uma cidade litorânea paulista, resolve testar o funcionamento de seu

recém-adquirido aparelho de micro-ondas. Decide, então, vaporizar totalmente 1 litro de água inicialmente a

20 C. Para tanto, o líquido é colocado em uma caneca de vidro, de pequena espessura, e o aparelho é ligado por

40 minutos. Considerando que D. Salina obteve o resultado desejado e sabendo que o valor do kWh é igual a

R$ 0,28, calcule o custo aproximado, em reais, devido a esse procedimento. Despreze qualquer tipo de perda e

considere que toda a potência fornecida pelo micro-ondas, supostamente constante, foi inteiramente transferida para a água durante seu funcionamento.

a) 0,50 b) 0,40 c) 0,30 d) 0,20 e) 0,10

3. (Pucrj 2015) Um aluno enche um copo com 0,10 L de água a 25 C e 0,15 L de água a 15 C. Desprezando

trocas de calor com o copo e com o meio, a temperatura final da mistura, em °C, é: a) 15 b) 19 c) 21 d) 25 e) 40

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4. (Unesp 2015) A energia contida nos alimentos Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto.

INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g

Quantidade por porção

Valor energético 90 kcal

Carboidratos 4,2 g

Proteínas 3 g

Gorduras totais 7,3 g

Gorduras saturadas 1,5 g

Gordura trans 0 g

Fibra alimentar 1g

Sódio 45 g

www.brcaju.com.br

Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à

chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C. Sabendo que o calor específico da água

líquida é igual a 1cal (g C) e que apenas 60% da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido

utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a a) 10000.

b) 5000.

c) 12500.

d) 7500.

e) 2500.

5. (G1 - ifsul 2015) Em um calorímetro ideal, misturam-se certa massa de água no estado sólido (gelo) com certa massa de

água no estado líquido. O comportamento da Temperatura (T) em função da Quantidade de Calor (Q) para essa mistura é

representado no gráfico.

Sabe-se que esse conjunto está submetido à pressão de 1atm, que o Calor Latente de Fusão do gelo é FL 80 cal g, que o

Calor Específico do Gelo é geloc 0,5 cal g C e que o Calor Específico da água é águac 1cal g C.

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Qual é a massa de água no estado líquido no equilíbrio térmico? a) 50 g

b) 100 g

c) 150 g

d) 300 g

6. (Uema 2015) Um técnico de laboratório de química, para destilar certa massa de água, usou um aquecedor elétrico para

colocar em ebulição 80% dessa massa, pois o mesmo não pode funcionar a seco. Considere que essa massa estava a 20 C

e que levou 5 min para ferver a 100 C.

Adotando-se um regime estacionário e sem perda de energia, o calor de vaporização igual a 540 cal / g e o calor

específico igual a 1cal / g C, calcule o tempo total programado pelo técnico para o desligamento do temporizador

do aquecedor, considerando que o mesmo não tenha sofrido qualquer danificação. 7. (Pucrj 2015) Um recipiente isolado contém uma massa de gelo, M 5,0 kg, à temperatura T 0 C. Por dentro

desse recipiente, passa uma serpentina pela qual circula um líquido que se quer resfriar. Suponha que o líquido

entre na serpentina a 28 C e saia dela a 8 C. O calor específico do líquido é Lc 1,0 cal / (g C), o calor latente

de fusão do gelo é FL 80 cal g e o calor específico da água é AC 1,0 cal (g C).

a) Qual é a quantidade total de líquido (em kg) que deve passar pela serpentina de modo a derreter todo o gelo?

b) Quanto de calor (em kcal) a água (formada pelo gelo derretido) ainda pode retirar − do líquido que passa pela

serpentina − até que a temperatura de saída se iguale à de entrada (28 C)?

8. (Upe 2015) Um ciclista decide pedalar pela cidade e leva uma garrafa térmica para fazer sua hidratação

adequada. Querendo beber água gelada ao final de um longo treino, o ciclista coloca inicialmente 200g de água a

25 C e 400g de gelo a 25 C.

Supondo que a garrafa seja fechada hermeticamente, que não haja trocas de energia com o ambiente externo e que o equilíbrio térmico tenha sido atingido, o ciclista ao abrir a garrafa encontrará:

Dados: o calor específico da água e do gelo é igual a águaC 1cal / g C e geloC 0,5cal / g C, respectivamente.

O calor latente da água é igual a L 80cal / g.

a) apenas gelo a 0 C. b) apenas água a 0 C. c) mais gelo que água. d) mais água que gelo. e) apenas água. 9. (Pucrj 2015) Um pedaço de metal de 100 g consome 470 cal para ser aquecido de 20 C a 70 C.

O calor específico deste metal, em cal / g C, vale:

a) 10,6 b) 23,5 c) 0,094 d) 0,047 e) 0,067

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10. (Uerj 2015) Um corpo de massa igual a 500g, aquecido por uma fonte térmica cuja potência é constante e

igual a 100cal / min, absorve integralmente toda a energia fornecida por essa fonte. Observe no gráfico a variação

de temperatura do corpo em função do tempo.

Calcule o calor específico da substância da qual o corpo é composto, bem como a capacidade térmica desse corpo. 11. (Epcar (Afa) 2015) Em um recipiente termicamente isolado de capacidade térmica 40,0 cal / C e na

temperatura de 25 C são colocados 600 g de gelo a 10 C e uma garrafa parcialmente cheia, contendo 2,0L

de refrigerante também a 25 C, sob pressão normal.

Considerando a garrafa com capacidade térmica desprezível e o refrigerante com características semelhantes às

da água, isto é, calor específico na fase líquida 1,0 cal / g C e na fase sólida 0,5 cal / g C, calor latente de fusão

de 80,0 cal / g bem como densidade absoluta na fase líquida igual a 31,0 g / cm , a temperatura final de equilíbrio

térmico do sistema, em C, é

a) 3,0 b) 0,0 c) 3,0 d) 5,0

12. (Ueg 2015) A mudança do estado físico de determinada substância pode ser avaliada em função da variação

da temperatura em relação ao tempo, conforme o gráfico a seguir. Considere que a 0 C o composto encontra-se

no estado sólido.

No gráfico, encontra-se a substância no estado líquido nos pontos a) I, II e IV b) III, IV e V c) II, III e IV d) I, III e V

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13. (Ufsm 2015) Um dos métodos de obtenção de sal consiste em armazenar água do mar em grandes tanques abertos, de modo que a exposição ao sol promova a evaporação da água e o resíduo restante contendo sal possa ser, finalmente, processado. A respeito do processo de evaporação da água, analise as afirmações a seguir.

I. A água do tanque evapora porque sua temperatura alcança 100 C.

II. Ao absorver radiação solar, a energia cinética de algumas moléculas de água aumenta, e parte delas escapa para a atmosfera.

III. Durante o processo, linhas de convecção se formam no tanque, garantindo a continuidade do processo até que toda a água seja evaporada.

Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) I, II e III. 14. (Ufsm 2015) Em 2009, foi construído na Bolívia um hotel com a seguinte peculiaridade: todas as suas

paredes são formadas por blocos de sal cristalino. Uma das características físicas desse material é sua

condutividade térmica relativamente baixa, igual a 6W / (m C). A figura a seguir mostra como a temperatura

varia através da parede do prédio.

Qual é o valor, em 2W / m , do módulo do fluxo de calor por unidade de área que atravessa a parede?

a) 125. b) 800. c) 1200. d) 2400. e) 3000.

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra. 15. (Unicamp 2015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de

iT 2.700 C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa 24M 6,0 10 kg constituída de um

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material com calor específico c 0,5 kJ / (kg C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para

que ela atinja uma temperatura final de fT 700 C é igual a

a) 2724,0 10 kJ.

b) 276,0 10 kJ.

c) 278,1 10 kJ.

d) 272,1 10 kJ.

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Considere os dados abaixo para resolver a(s) questão(ões) quando for necessário. Constantes físicas

Aceleração da gravidade: 2g 10 m s

Velocidade da luz no vácuo: 8c 3,00 10 m s

Constante da lei de Coulomb: 9 2 20k 9,0 10 N m C

16. (Cefet MG 2015) Estudantes de uma escola participaram de uma gincana e uma das tarefas consistia em resfriar garrafas de refrigerante. O grupo vencedor foi o que conseguiu a temperatura mais baixa. Para tal objetivo, as equipes receberam caixas idênticas de isopor sem tampa e iguais quantidades de jornal, gelo em cubos e garrafas de refrigerante. Baseando-se nas formas de transferência de calor, indique a montagem que venceu a tarefa.

a)

b)

c)

d)

e) TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:

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Considere os dados abaixo para resolver a(s) questão(ões), quando for necessário. Constantes físicas

Aceleração da gravidade próximo à superfície da Terra: 2g 10m s

Aceleração da gravidade próximo à superfície da Lua: 2g 1,6m s

Densidade da água: 31,0g cmρ

Velocidade da luz no vácuo: c 3,0 108m s

Constante da lei de Coulomb: 9 2 20k 9,0 10 N m C

17. (Cefet MG 2015) Um material possui calor específico igual a 1,0J kg C quando está no estado sólido e

2,5 J kg C quando está no estado líquido. Um sistema composto por 0,10 kg desse material recebe energia de

forma que sua temperatura varia segundo o gráfico da figura.

A razão entre 1Q e 2Q é

a) 1 3.

b) 1 5.

c) 1 6.

d) 1 8.

e) 116.

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Gabarito: Resposta da questão 1: a) Teremos:

Como se trata de uma situação de equilíbrio, o empuxo e o peso têm mesma intensidade.

3suco i i i

suco

m 20E P d V g m g V V 20 cm .

d 1

b) Como os sistema é termicamente isolado, o somatório dos calores trocados é nulo.

copo suco gelo água

f gelo águacopo suco

Q Q Q Q 0

C m c m L m c 0

60 20 300 1 20 40 80 40 1 0 0 20

3 60 15 300 160 2 20 200

10 °C.

Δθ Δθ Δθ

θ θ θ

θ θ θ θ

θ

Resposta da questão 2: [D] São dados da questão:

6

1cal 4,2 J

c 1,0 cal g C

L 540 cal g

d 1kg L

1kWh 3,6 10 J

Para ser possível calcular o custo da energia, primeiramente temos que saber quanto de energia foi utilizada. Como é dito para desconsiderar as perdas, a energia utilizada é igual ao calor que aqueceu a água e posteriormente a vaporizou. Assim,

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t 1 2

t

t

t

t

t

t

Q Q Q

Q m c T m L

Q 1000 1 100 20 1000 540

Q 80000 540000

Q 620 kcal

ou

Q 4,2 620 kJ

Q 2604 kJ

Δ

Como 61kWh 3,6 10 J ,

6

6

6

6

1kWh 3,6 10 J

x 2,604 10 J

2,604 10x

3,6 10

x 0,72 kWh

Assim,

Custo 0,28 0,72

Custo R$ 0,20

Resposta da questão 3: [B] O equilíbrio térmico para um sistema isolado é dado pela somatória dos calores sendo igual a zero, pois o calor é trocado entre os dois volumes de água no sentido da maior para a menor temperatura.

Q 0

Como não há mudança de estado físico, os calores são sensíveis: Q m c TΔ

Considerando que a densidade nas amostras de água são as mesmas, podemos representar a massa de cada uma como sendo o seu volume.

1 2 1 2

1 1 2 2

Q Q 0 Q Q

m c T m c T

0,10 T 25 0,15 T 15

0,10 T 2,5 0,15T 2,25

0,25T 4,75 T 19 C

Δ Δ

Resposta da questão 4: [D] Em 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é:

E 10 90 900 kcal E 900.000 cal.

Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação do calor sensível, temos:

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0,6 E 0,6 900.000

Q m c 0,6 E m c m c 1 87 15

m 7.500 g.

Δθ ΔθΔθ

Resposta da questão 5: [C]

Seja Q o módulo da quantidade de calor trocada entre o gelo de 40 C até 0 C e a água de 80 C até 40 C.

Do gráfico, Q 4.000 cal.

Calculando as massas iniciais de água 1(m ) e gelo 2(m ) :

1 a a 1 1

2 g g 2 2

Água : Q m c 4.000 m 1 40 80 m 100 g.

Gelo : Q m c 4.000 m 0,5 0 40 m 200 g.

Δθ

Δθ

A massa de gelo que funde (m') é a que recebeu Q' 4.000 cal.

fQ' m' L 4.000 m' 80 m' 50 g.

A massa de água (m) no equilíbrio térmico é:

1m m m' 100 50 m 150 g.

Resposta da questão 6: Como não foi dada a quantidade total (massa) de água, para resolução deste exercício, é preciso deixar a quantidade de calor em função da massa.

A quantidade de calor utilizada para aquecer a água de 20 C até 100 C é:

Q m c T

Q m 1 80

Q 80 m J

Δ

Ou seja, o aquecedor forneceu à água 80 m J de calor em 5 minutos. Como este processo durou 5 minutos para

ser realizado, então pode-se concluir que a cada minuto o aquecedor fornece 80

m J5 .

Baseado nisto, para a vaporização, a energia necessária para transformar em vapor 80% da massa de água

existente no sistema, tem-se que:

L v

L

L

Q m L

Q 0,8 m 540

Q 432 m J

Por uma regra de três simples:

1min 16 m J

x min 432 m J

432 mx

16 m

x 27 min

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Logo, o tempo total para o procedimento será o tempo que leva para o aquecimento inicial da água mais o tempo

que leva para vaporizar 80% dela.

total

total

t 5 27

t 32 minutos

Resposta da questão 7: a) Neste caso o calor latente é igual ao calor sensível do líquido.

lat sensQ Q

g f liq liq liqm L m c TΔ

Isolando a massa do líquido e substituindo os valores:

g fliq

liq liq

m Lm

c TΔ

liq liq5 kg 80 cal / g

m m 20 kg1cal / g C 28 8 C

b) O calor trocado pela água resultante do derretimento do gelo é dado pelo calor sensível.

sens

sens

sens

Q m c T

Q 5 kg 1cal / g C 28 0 C

Q 140 kcal

Δ

Resposta da questão 8: [C] A troca térmica é realizada entre a água e o gelo, devido não haver troca com o meio externo. Com isso a água vai esfriando enquanto que o gelo se aquece. O equilíbrio térmico se estabelece quando não houver mais diferença de temperatura.

Então Q 0

1 2Q Q 0

Analisando o resfriamento da água até o ponto de congelamento:

1 1 1 1

1

Q m c T

calQ 200g 1 0 C 25 C 5000cal

g C

Δ

O aquecimento do gelo até o ponto de fusão:

2 2 2 2

1

Q m c T

calQ 400g 0,5 0 C 25 C 5000cal

g C

Δ

Temos aqui o equilíbrio térmico atingido: 1 2Q Q 0

Como o sistema não troca calor com o meio externo, conclui-se que terá mais gelo do que água devido à impossibilidade de mudança de fase pela necessidade de mais calor. Como o sistema continua tendo mais gelo que água, ele continua assim. Resposta da questão 9:

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[C] Sendo o calor sensível dado por:

Q m c TΔ

O calor específico explicitado fica:

Qc

m TΔ

Calculando com os valores fornecidos:

470 cal cal

c 0,094100 g 70 C 20 C g C

Resposta da questão 10:

Dados: m 500 g; P 100 cal/min.

Q m c T100 30P t

m c T P t c Qm T 500 50 10P Q P t

t

c 0,15 cal/g °C.

C m c 500 0,15 C 75 cal/°C.

ΔΔ

Δ ΔΔΔ

Δ

Resposta da questão 11: [B] Para que o sistema esteja em equilíbrio térmico, o somatório dos calores trocados entre os corpos deve ser igual a zero:

Q 0

O calor será transferido do recipiente e da garrafa para o gelo que, primeiramente, será aquecido até a temperatura de fusão (calor sensível) e depois derretido (calor latente). Nominando os calores trocados:

1Q C TΔ É o calor trocado pelo recipiente

2 refrig água refrigQ m c TΔ É o calor trocado pela garrafa de refrigerante

3 gelo gelo geloQ m c TΔ É o calor sensível recebido pelo gelo até a temperatura de fusão

4 gelo fusãoQ m L É o calor latente devido à fusão do gelo

Considerando o derretimento de todo o gelo:

1 1 1cal

Q C T Q 40 0 25 C Q 1000 calC

Δ

2 refrig água refrig 2 2cal

Q m c T Q 2000 g 1 0 25 C Q 50000 calg C

Δ

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3 gelo gelo gelo 3 3cal

Q m c T Q 600 g 0,5 0 10 C Q 3000 calg C

Δ

4 gelo fusão 4 4cal

Q m L Q 600 g 80 Q 48000 calg

Como a soma de todo o calor cedido ( 51000 cal) e todo o calor recebido (51000 cal) é igual a zero, podemos

concluir que a totalidade do gelo derrete e o sistema entra em equilíbrio térmico a 0 C.

Resposta da questão 12: [C] Ao ser submetida ao aquecimento de uma substância pura que esteja no estado sólido, teremos dois pontos em que a temperatura permanece constante à pressão constante. Primeiramente há o aquecimento do sólido até o momento em que alcançado o ponto de fusão onde encontramos duas fases distintas (sólido e líquido) sem que haja alteração da temperatura (região II do gráfico). Ao derreter todo o sólido, resta apenas o líquido que ao absorver mais calor aumenta sua temperatura até que a pressão de vapor atinja a pressão atmosférica (região III), neste ponto estamos diante de mais uma mudança de fase (líquido para vapor) e a temperatura permanece constante até que todo o líquido vaporize (região IV). No gráfico temos líquido quando começa a fusão até o término da vaporização, ou seja, corresponde aos pontos II, III e IV. Resposta da questão 13: [B] Justificando as incorretas: [I] Incorreta. A evaporação é um processo de vaporização que ocorre abaixo da temperatura de ebulição. [II] Correta. [III] Incorreta. Não ocorre convecção porque a água quente, menos densa, está na superfície, não realizando movimento descendente. Resposta da questão 14: [D]

De acordo com a equação de Fourier, o fluxo Φ por unidade de área (A) é:

26 60 20k T 240 2400 W/m .

A x 0,25 0,15 0,1 A

Φ Δ Φ

Δ

Resposta da questão 15: [B]

24 27Q M c 6 10 0,5 700 2.700 Q 6 10 kJ.Δθ

Resposta da questão 16: [E] O jornal (papel) é um mau condutor térmico, ou seja, um bom isolante térmico. Diante disto, para evitar a troca de calor entre o ambiente externo e o sistema proposto, o ideal é montar o sistema com o jornal no topo, funcionando como uma tampa. Como o ar frio é mais denso do que o ar quente e consequentemente ficará concentrado no fundo do isopor, o gelo deve ficar por cima do refrigerante.

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Logo, resposta correta é a alternativa [E]. Resposta da questão 17: [D]

Sabendo que Q m c T,Δ pode-se encontrar os valores de 1Q e 2Q pelos dados fornecidos no gráfico. Desta

forma,

1

1

Q 0,1 1 5 5

Q 2J

e

2

2

2

Q 6 0,1 2,5 45 5

Q 10 6

Q 16J

Logo,

1

2

Q 2 1

Q 16 8

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Resumo das questões selecionadas nesta atividade Data de elaboração: 21/12/2015 às 23:16 Nome do arquivo: ANEXO 5 - CALORIMETRIA

Legenda: Q/Prova = número da questão na prova Q/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro® Q/prova Q/DB Grau/Dif. Matéria Fonte Tipo 1 ............ 136968 ..... Baixa ............. Física ............. Unifesp/2015 ........................ Analítica 2 ............ 143679 ..... Média ............ Física ............. Pucsp/2015 .......................... Múltipla escolha 3 ............ 135672 ..... Média ............ Física ............. Pucrj/2015 ............................ Múltipla escolha 4 ............ 135727 ..... Baixa ............. Física ............. Unesp/2015 .......................... Múltipla escolha 5 ............ 142182 ..... Média ............ Física ............. G1 - ifsul/2015 ...................... Múltipla escolha 6 ............ 139186 ..... Elevada ......... Física ............. Uema/2015 ........................... Analítica 7 ............ 143302 ..... Média ............ Física ............. Pucrj/2015 ............................ Analítica 8 ............ 137710 ..... Média ............ Física ............. Upe/2015 .............................. Múltipla escolha 9 ............ 135679 ..... Média ............ Física ............. Pucrj/2015 ............................ Múltipla escolha 10 .......... 136999 ..... Baixa ............. Física ............. Uerj/2015 .............................. Analítica 11 .......... 142678 ..... Média ............ Física ............. Epcar (Afa)/2015 .................. Múltipla escolha 12 .......... 138132 ..... Baixa ............. Física ............. Ueg/2015 .............................. Múltipla escolha 13 .......... 137463 ..... Baixa ............. Física ............. Ufsm/2015 ............................ Múltipla escolha 14 .......... 137462 ..... Baixa ............. Física ............. Ufsm/2015 ............................ Múltipla escolha 15 .......... 135834 ..... Baixa ............. Física ............. Unicamp/2015 ...................... Múltipla escolha 16 .......... 140770 ..... Baixa ............. Física ............. Cefet MG/2015 ..................... Múltipla escolha 17 .......... 140508 ..... Média ............ Física ............. Cefet MG/2015 ..................... Múltipla escolha